Công nghệ sản xuất điện mặt trời trong vũ trụ

Mặc dù vẫn còn rất nhiều khó khăn, nhưng tiềm năng phát triển công nghệ sản xuất điện mặt trời trong vũ trụ và truyền tải năng lượng về Trái Đất bằng chùm vi sóng là rất lớn. Có thể giúp chúng ta giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

Công nghệ sản xuất điện mặt trời trong vũ trụ

Ý tưởng sản xuất điện mặt trời trong không gian (SBSP), sử dụng vệ tinh để thu thập năng lượng từ Mặt Trời và truyền về Trái Đất. Ý tưởng này đã tồn tại ít nhất từ cuối thập kỷ 1960, theo một báo cáo của Science Alert. Mặc dù có tiềm năng lớn, ý tưởng này chưa thu hút nhiều sự chú ý trước đây do chi phí cao và trở ngại công nghệ. Tuy nhiên, nếu các vấn đề này có thể được giải quyết. SBSP có thể trở thành một thành phần quan trọng trong việc giúp thế giới chuyển từ sử dụng nhiên liệu hóa thạch sang năng lượng xanh.

Các phương pháp thu thập năng lượng mặt trời truyền thống

Từ lâu con người đã tận dụng năng lượng từ Mặt Trời thông qua các công nghệ đa dạng như quang điện (PV) và nhiệt mặt trời (STE). Ngoài ra, năng lượng Mặt Trời cũng được thu thập gián tiếp. Tuy nhiên, các phương pháp sản xuất năng lượng mặt trời này đều có những hạn chế nhất định. Chúng đòi hỏi diện tích lớn trên mặt đất và phụ thuộc nhiều vào điều kiện ánh sáng mặt trời.

Lợi ích của công nghệ sản xuất điện mặt trời trong vũ trụ

Việc sản xuất điện mặt trời trong vũ trụ không bị giới hạn bởi ban đêm. Vị trí để đặt PV là trên quỹ đạo địa tĩnh (GEO), một quỹ đạo hình tròn ở độ cao khoảng 36.000 km trên Trái Đất. Điều này giúp vệ tinh ở GEO tiếp xúc với Mặt Trời hơn 99% thời gian trong suốt cả năm. Kết quả là, vệ tinh có khả năng sản xuất năng lượng liên tục trong suốt 24 giờ mỗi ngày. 

GEO cũng lý tưởng cho việc truyền tải năng lượng từ tàu vũ trụ tới máy thu nhận hoặc trạm mặt đất. Bởi vệ tinh ở vị trí này duy trì một vị trí tương đối cố định so với Trái Đất. Các nhà nghiên cứu tin rằng tiềm năng năng lượng mặt trời từ GEO lớn hơn nhiều lần so với ước tính về nhu cầu sử dụng điện toàn cầu của nhân loại vào năm 2050.

Truyền điện không dây bằng vi sóng

Để truyền năng lượng từ không gian về mặt đất, chúng ta cần sử dụng hệ thống truyền điện không dây. Sử dụng sóng vi sóng để truyền điện giúp giảm thiểu thất thoát điện trong khí quyển, ngay cả khi trời nhiều mây. Chùm vi sóng sẽ được phát ra từ vệ tinh và tập trung vào một trạm thu nhận ở mặt đất. Tại đó, các ăngten sẽ biến đổi sóng điện thành điện thế. Để xử lý lượng điện này, trạm mặt đất cần có đường kính ít nhất 5 km. 

Sản xuất điện mặt trời trong không gian và cách hoạt động

Các nhà nghiên cứu đã đề xuất nhiều thiết kế cho ý tưởng sản xuất điện mặt trời trong không gian (SBSP) kể từ khi Peter Glaser đưa ra ý tưởng ban đầu vào năm 1968. Trong SBSP, năng lượng được biến đổi qua nhiều giai đoạn (ánh sáng – điện – vi sóng – điện). Và một phần năng lượng này bị thất thoát dưới dạng nhiệt. Để đưa 2 GW năng lượng vào lưới điện, vệ tinh cần thu thập khoảng 10 GW từ Mặt Trời.

Một trong những thiết kế gần đây có tên là CASSIOPeiA. Bao gồm hai máy phản xạ có khả năng chỉnh hướng với đường kính lên đến 2 km. Chúng được sử dụng để phản chiếu ánh sáng Mặt Trời vào một chuỗi pin quang điện. Sau đó, hệ thống máy phát điện đường kính 1.700 m có thể tập trung và chuyển năng lượng thẳng vào trạm thu nhận ở mặt đất. Ước tính rằng vệ tinh trong thiết kế này có khối lượng khoảng 2.000 tấn.

Thiết kế khác có tên là SPS-ALPHA. Thiết kế này khác CASSIOPeiA ở chỗ bộ thu thập ánh sáng Mặt Trời được hình thành từ nhiều máy phản xạ dạng module nhỏ, được gọi là heliostat. Điều đặc biệt là mỗi máy phản xạ heliostat có khả năng di chuyển độc lập. Thiết kế này cho phép sản xuất hàng loạt máy phản xạ để giảm chi phí.

Vào năm 2023, các nhà khoa học tại Viện Công nghệ California đã phóng thử nghiệm vệ tinh có quy mô nhỏ mang tên MAPLE để truyền lượng điện về Trái Đất. MAPLE đã chứng minh rằng công nghệ này có khả năng truyền điện hiệu quả từ không gian về Trái Đất.

Hiện nay, Cơ quan Vũ trụ châu Âu đang tiến hành đánh giá tính khả thi của SBSP thông qua sáng kiến SOLARIS. Và họ có kế hoạch phát triển công nghệ SBSP hoàn chỉnh vào năm 2025. Nhiều quốc gia khác cũng đã công bố kế hoạch để truyền điện về Trái Đất vào năm 2025. Và đang chuyển sang triển khai các hệ thống lớn hơn trong vòng hai thập kỷ tới.

Thách thức của SBSP

Hạn chế chính của SBSP là chi phí và khối lượng phóng lên không gian. Tuy nhiên, sự phát triển của các công ty như SpaceX và Blue Origin trong việc tái sử dụng phương tiện có tiềm năng giảm chi phí lên đến 90%. Mặc dù có thể sử dụng phương tiện như Starship của SpaceX để phóng 150 tấn hàng lên quỹ đạo thấp của Trái Đất. Thì vệ tinh SBSP vẫn đòi hỏi hàng trăm lần phóng để triển khai. Sự thiết kế và sản xuất bộ phận mở rộng và 3D trong không gian cũng đang được xem xét để tối ưu hóa việc triển khai và sử dụng tài nguyên.

Trên đây là những tin tức về công nghệ sản xuất điện mặt trời trong vũ trụ được EMPower tổng hợp và cập nhật. Có thể thấy, việc sản xuất điện mặt trời trong không gian (SBSP) có tiềm năng rất lớn. Đây được coi là một phương thức quan trọng để cung cấp năng lượng xanh cho Trái Đất và giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

>>> Theo dõi các tin tức khác của EMPower tại đây!